Tomcat学习笔记（9）- 管道（Pipeline）、tomcat启动
文章目录
- 1. 管道模式
- 2. Valve接口
- 3. Pipeline
- 4. 流程
-
- 4.1 StandardEngineValve
- 4.2 StandardHostValve
- 4.3 StandardContextValve
- 4.4 StandardWrapperValve
- 4.5 debug一次请求
- 4.6 自定义Valve
- 5. 初始化
-
- 5.1 init（）
- 5.2 start（）
- 5.3 Digester
- 7. 结合SpringMVC启动
1. 管道模式
管道模式把多个对象连接起来，整体看起来就像若干个阀门嵌套在管道中，而处理逻辑就放在阀门上。
在tomcat中，Valve接口定义了阀门的调用方法，由于阀门与阀门使用单链表结构连接，因此需提供对下一个阀门的操作；Pipeline接口定义了管道操作阀门的方法，包括获取第一个阀门、获取基础阀门、添加阀门等方法，管道需要对其扩展。
Tomcat中按照包含关系一共有4个级别的容器，它们的标准实现分别为StandardEngine、StandardHost、StandardContext和StandardWrapper，请求对象及响应对象将分别被这4个容器处理，请求响应对象在4个容器之间通过管道机制进行传递。
请求响应对象先通过StandardEngine的管道，期间经过若干个阀门处理，基础阀门是StandardEngineValve；往下流转到StandardHost的管道，基础阀门为StandardHostValve；类似地，通过StandardContext；最后到StandardWrapper完成整个处理流程。
2. Valve接口
Valve的实现：
3. Pipeline
其标准实现只有StandardPipeline：
4. 流程
4.1 StandardEngineValve
org.apache.catalina.core.ContainerBase内：
StandardEngine初始化：
public StandardEngine() {
super();
//设置默认的StandardEngineValve
pipeline.setBasic(new StandardEngineValve());
try {
setJvmRoute(System.getProperty("jvmRoute"));
} catch(Exception ex) {
log.warn(sm.getString("standardEngine.jvmRouteFail"));
}
backgroundProcessorDelay = 10;
}
/**
*选择适当的子主机来处理此请求，
*基于请求的服务器名。如果没有匹配的主机可以
*被发现，返回一个适当的HTTP错误。
*
* @param 要处理的请求
* @param 要产生的响应
*
* @exception 如果发生输入/输出错误，IOException
* @exception ServletException，如果servlet错误发生
*/
@Override
public final void invoke(Request request, Response response)
throws IOException, ServletException {
//选择用于此请求的主机
Host host = request.getHost();
if (host == null) {
response.sendError
(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST,
sm.getString("standardEngine.noHost",
request.getServerName()));
return;
}
if (request.isAsyncSupported()) {
request.setAsyncSupported(host.getPipeline().isAsyncSupported());
}
// 请求此主机处理此请求
host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
}
可见调用了host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
host的Pipeline的Valve。
4.2 StandardHostValve
public StandardHost() {
super();
pipeline.setBasic(new StandardHostValve());
}
StandardHostValve.invoke:
@Override
public final void invoke(Request request, Response response)
throws IOException, ServletException {
// Select the Context to be used for this Request
Context context = request.getContext();
if (context == null) {
return;
}
if (request.isAsyncSupported()) {
request.setAsyncSupported(context.getPipeline().isAsyncSupported());
}
boolean asyncAtStart = request.isAsync();
try {
context.bind(Globals.IS_SECURITY_ENABLED, MY_CLASSLOADER);
if (!asyncAtStart && !context.fireRequestInitEvent(request.getRequest())) {
// Don't fire listeners during async processing (the listener
// fired for the request that called startAsync()).
// If a request init listener throws an exception, the request
// is aborted.
return;
}
// Ask this Context to process this request. Requests that are
// already in error must have been routed here to check for
// application defined error pages so DO NOT forward them to the the
// application for processing.
try {
if (!response.isErrorReportRequired()) {
context.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
}
} catch (Throwable t) {
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
container.getLogger().error("Exception Processing " + request.getRequestURI(), t);
// If a new error occurred while trying to report a previous
// error allow the original error to be reported.
if (!response.isErrorReportRequired()) {
request.setAttribute(RequestDispatcher.ERROR_EXCEPTION, t);
throwable(request, response, t);
}
}
// Now that the request/response pair is back under container
// control lift the suspension so that the error handling can
// complete and/or the container can flush any remaining data
response.setSuspended(false);
Throwable t = (Throwable) request.getAttribute(RequestDispatcher.ERROR_EXCEPTION);
// Protect against NPEs if the context was destroyed during a
// long running request.
if (!context.getState().isAvailable()) {
return;
}
// Look for (and render if found) an application level error page
if (response.isErrorReportRequired()) {
// If an error has occurred that prevents further I/O, don't waste time
// producing an error report that will never be read
AtomicBoolean result = new AtomicBoolean(false);
response.getCoyoteResponse().action(ActionCode.IS_IO_ALLOWED, result);
if (result.get()) {
if (t != null) {
throwable(request, response, t);
} else {
status(request, response);
}
}
}
if (!request.isAsync() && !asyncAtStart) {
context.fireRequestDestroyEvent(request.getRequest());
}
} finally {
// Access a session (if present) to update last accessed time, based
// on a strict interpretation of the specification
if (ACCESS_SESSION) {
request.getSession(false);
}
context.unbind(Globals.IS_SECURITY_ENABLED, MY_CLASSLOADER);
}
}
其实也同理:
4.3 StandardContextValve
StandardContext:
public StandardContext() {
super();
pipeline.setBasic(new StandardContextValve());
broadcaster = new NotificationBroadcasterSupport();
/ /设置默认值
if (!Globals.STRICT_SERVLET_COMPLIANCE) {
//严格的servlet遵从性要求所有的扩展映射servlet
//将根据欢迎文件进行检查
resourceOnlyServlets.add("jsp");
}
}
StandardContextValve阀门首先会判断是否访问了禁止目录WEB-INF或META-INF，接着获取请求对应的Wrapper对象，再向客户端发送通知报文“HTTP/1.1 100 Continue”，最后调用Wrapper对象中管道的第一个阀门。
StandardContextValve.invoke:
@Override
public final void invoke(Request request, Response response)
throws IOException, ServletException {
// Disallow any direct access to resources under WEB-INF or META-INF
MessageBytes requestPathMB = request.getRequestPathMB();
if ((requestPathMB.startsWithIgnoreCase("/META-INF/", 0))
|| (requestPathMB.equalsIgnoreCase("/META-INF"))
|| (requestPathMB.startsWithIgnoreCase("/WEB-INF/", 0))
|| (requestPathMB.equalsIgnoreCase("/WEB-INF"))) {
response.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
return;
}
// Select the Wrapper to be used for this Request
Wrapper wrapper = request.getWrapper();
if (wrapper == null || wrapper.isUnavailable()) {
response.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
return;
}
// Acknowledge the request
try {
response.sendAcknowledgement();
} catch (IOException ioe) {
container.getLogger().error(sm.getString(
"standardContextValve.acknowledgeException"), ioe);
request.setAttribute(RequestDispatcher.ERROR_EXCEPTION, ioe);
response.sendError(HttpServletResponse.SC_INTERNAL_SERVER_ERROR);
return;
}
if (request.isAsyncSupported()) {
request.setAsyncSupported(wrapper.getPipeline().isAsyncSupported());
}
wrapper.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
}
接着找wrapper：
4.4 StandardWrapperValve
StandardWrapper：
/**
* Create a new StandardWrapper component with the default basic Valve.
*/
public StandardWrapper() {
super();
swValve=new StandardWrapperValve();
pipeline.setBasic(swValve);
broadcaster = new NotificationBroadcasterSupport();
}
StandardWrapperValve，阀门负责统计请求次数、统计处理时间、分配Servlet 内存、执行Servlet过滤器、调用Servlet的service方法、释放Servlet内存。
StandardWrapperValve.invoke就不贴了，太长了。
看到这里就有个疑惑，从哪里调用第一个StandardEngineValve的invoke？
看到后面debug其实就会很明白了。
其次，我在StandardWrapperValve.invoke内找了很久并没有显式的找到servlet.service方法被调用。
4.5 debug一次请求
调用栈如上。
接着打断点放行就可以看见：
其实是在org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain#doFilter调用的：
再回过头：
StandardEngineValve.invoke被调用是在org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter#service的方法中。
如果前面的组件看懂了，那么所有的应该就连接起来了。
那么为何不从一开始就直接从Debug开始学习呢？
如果有心其实可以看见，每次debug所使用的特定的类都是被固定好了的。
比如这次debug的使用的是JSPServlet。那么下次换了请求时不请求jsp了。
该如何从debug看出原理来呢？其实这是初始化的以及Wrapper的内容。
看到这里其实Tomcat的请求就基本学完了，在不知不觉中，其实Tomcat的初始化也学完了。
4.6 自定义Valve
public abstract class ValveBase extends LifecycleMBeanBase implements Contained, Valve {
重写invoke方法。
配置Tomcat服务器配置server.xml，这里把阀门配置到某容器下。
5. 初始化
既然已经到了这个时候，那么就得来说说Tomcat的启动做了些什么事情。
先挂一张流程图，再来看关键的启动类BootStrap。
直接来看org.apache.catalina.startup.Bootstrap#main
/**
* 通过提供的方法启动Tomcat时的主方法和入口点脚本。
*
* @param args Command line arguments to be processed
*/
public static void main(String args[]) {
synchronized (daemonLock) {
if (daemon == null) {
//在init()完成之前，不要设置守护进程
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
try {
bootstrap.init();
} catch (Throwable t) {
handleThrowable(t);
t.printStackTrace();
return;
}
daemon = bootstrap;
} else {
//当作为服务运行时，停止调用将在一个新的
//所以要确保使用了正确的类装入器
//防止一系列类未发现异常。
Thread.currentThread().setContextClassLoader(daemon.catalinaLoader);
}
}
try {
String command = "start";
if (args.length > 0) {
command = args[args.length - 1];
}
if (command.equals("startd")) {
args[args.length - 1] = "start";
daemon.load(args);
daemon.start();
} else if (command.equals("stopd")) {
args[args.length - 1] = "stop";
daemon.stop();
} else if (command.equals("start")) {
daemon.setAwait(true);
daemon.load(args);
daemon.start();
if (null == daemon.getServer()) {
System.exit(1);
}
} else if (command.equals("stop")) {
daemon.stopServer(args);
} else if (command.equals("configtest")) {
daemon.load(args);
if (null == daemon.getServer()) {
System.exit(1);
}
System.exit(0);
} else {
log.warn("Bootstrap: command \"" + command + "\" does not exist.");
}
} catch (Throwable t) {
// Unwrap the Exception for clearer error reporting
if (t instanceof InvocationTargetException &&
t.getCause() != null) {
t = t.getCause();
}
handleThrowable(t);
t.printStackTrace();
System.exit(1);
}
}
先保证调用一下init方法，在来获取接受命令，看获取到start时，执行
5.1 init（）
先来看init方法：
/**
* 初始化守护进程。
* @throws 致命初始化错误
*/
public void init() throws Exception {
initClassLoaders();
Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
// 加载我们的启动类并调用它的process()方法
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Loading startup class");
Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();
//设置共享扩展类加载器
if (log.isDebugEnabled())
log.debug("Setting startup class properties");
String methodName = "setParentClassLoader";
Class<?> paramTypes[] = new Class[1];
paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
Object paramValues[] = new Object[1];
paramValues[0] = sharedLoader;
Method method =
startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
method.invoke(startupInstance, paramValues);
catalinaDaemon = startupInstance;
}
执行Catalina的setParentClassLoader：
public void setParentClassLoader(ClassLoader parentClassLoader) {
this.parentClassLoader = parentClassLoader;
}
接着再来看org.apache.catalina.startup.Bootstrap#load：
/**
* 加载守护进程。
*/
private void load(String[] arguments) throws Exception {
//调用load()方法
String methodName = "load";
Object param[];
Class<?> paramTypes[];
if (arguments==null || arguments.length==0) {
paramTypes = null;
param = null;
} else {
paramTypes = new Class[1];
paramTypes[0] = arguments.getClass();
param = new Object[1];
param[0] = arguments;
}
Method method =
catalinaDaemon.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
if (log.isDebugEnabled()) {
log.debug("Calling startup class " + method);
}
method.invoke(catalinaDaemon, param);
}
这段代码就是调用org.apache.catalina.startup.Catalina#load(java.lang.String[])方法：
其又委托给该类下无参的load方法，代码很长，其主要做的事情就是创建Server。
其中Server是在哪里创建的我们后面会有介绍。
所以我们现在处于这个位置：
然后就是调用Server的生命周期方法，该方法是一个模板方法先调用的org.apache.catalina.util.LifecycleBase#init：
接着便是org.apache.catalina.core.StandardServer#initInternal
/**
*调用启动前的初始化。这用于允许连接器
*在Unix操作环境下绑定到受限制的端口。
*/
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {
super.initInternal();
//注册全局字符串缓存
//注意:如果有多个服务器，缓存是全局的
//在JVM中呈现(可能在嵌入时发生)然后缓存相同
//将以多个名字登记
onameStringCache = register(new StringCache(), "type=StringCache");
// 注册MBeanFactory
MBeanFactory factory = new MBeanFactory();
factory.setContainer(this);
onameMBeanFactory = register(factory, "type=MBeanFactory");
// 注册命名资源
globalNamingResources.init();
// 使用来自common和shared的jar填充扩展验证器
//类装入器
if (getCatalina() != null) {
ClassLoader cl = getCatalina().getParentClassLoader();
//遍历类装入器层次结构。停在系统类装入器处。
//这将添加共享(如果存在)和公共类装入器
while (cl != null && cl != ClassLoader.getSystemClassLoader()) {
if (cl instanceof URLClassLoader) {
URL[] urls = ((URLClassLoader) cl).getURLs();
for (URL url : urls) {
if (url.getProtocol().equals("file")) {
try {
File f = new File (url.toURI());
if (f.isFile() &&
f.getName().endsWith(".jar")) {
ExtensionValidator.addSystemResource(f);
}
} catch (URISyntaxException e) {
// Ignore
} catch (IOException e) {
// Ignore
}
}
}
}
cl = cl.getParent();
}
}
// 初始化我们定义的服务
for (int i = 0; i < services.length; i++) {
services[i].init();
}
}
同理Service的创建后面说。直接来看org.apache.catalina.core.StandardService#initInternal：
/**
*调用启动前的初始化。这用于允许连接器
*在Unix操作环境下绑定到受限制的端口。
*/
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {
super.initInternal();
if (engine != null) {
engine.init();
}
// 初始化任何Executors
for (Executor executor : findExecutors()) {
if (executor instanceof JmxEnabled) {
((JmxEnabled) executor).setDomain(getDomain());
}
executor.init();
}
// 初始化映射器侦听器
mapperListener.init();
// 初始化我们定义的连接器
synchronized (connectorsLock) {
for (Connector connector : connectors) {
try {
connector.init();
} catch (Exception e) {
String message = sm.getString(
"standardService.connector.initFailed", connector);
log.error(message, e);
if (Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE"))
throw new LifecycleException(message);
}
}
}
}
现在我们先看StandardEngine至此进入了容器部分，和之前的有些稍微不一样。因为只启动了一个主容器，基本的启动都是交给ContainerBase来执行。
-> org.apache.catalina.util.LifecycleBase#init
-> org.apache.catalina.core.StandardEngine#initInternal
-> org.apache.catalina.core.ContainerBase#initInternal
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {
BlockingQueue<Runnable> startStopQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
startStopExecutor = new ThreadPoolExecutor(
getStartStopThreadsInternal(),
getStartStopThreadsInternal(), 10, TimeUnit.SECONDS,
startStopQueue,
new StartStopThreadFactory(getName() + "-startStop-"));
startStopExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
super.initInternal();
}
如上启动一个容纳子容器的线程池。下面start线会介绍这个容器的作用，主要用来启动子容器。那么容器init暂时断到这里。
接着回到这个位置：
也就是调用一次
org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor#initInternal
因为我是个空项目，所以断点进不去。
那就接下往下看：
org.apache.catalina.connector.Connector#initInternal
org.apache.coyote.http11.AbstractHttp11Protocol#init
org.apache.tomcat.util.net.AbstractEndpoint#init
这里就init方法线差不多退出了。
5.2 start（）
再来看start那条线：
org.apache.catalina.startup.Catalina#start
org.apache.catalina.core.StandardServer#startInternal
org.apache.catalina.core.StandardService#startInternal
启动顶级容器。
org.apache.catalina.core.StandardEngine#startInternal
org.apache.catalina.core.ContainerBase#startInternal
/**
启动此组件并实现需求
*的{@link org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()}。
*
* @exception如果该组件检测到致命错误，则使用LifecycleException
*防止该组件被使用
*/
@Override
protected synchronized void startInternal() throws LifecycleException {
// 启动我们的下属组件(如果有的话)
logger = null;
getLogger();
Cluster cluster = getClusterInternal();
if (cluster instanceof Lifecycle) {
((Lifecycle) cluster).start();
}
Realm realm = getRealmInternal();
if (realm instanceof Lifecycle) {
((Lifecycle) realm).start();
}
// 启动子容器(如果有的话)
Container children[] = findChildren();
List<Future<Void>> results = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < children.length; i++) {
results.add(startStopExecutor.submit(new StartChild(children[i])));
}
MultiThrowable multiThrowable = null;
for (Future<Void> result : results) {
try {
result.get();
} catch (Throwable e) {
log.error(sm.getString("containerBase.threadedStartFailed"), e);
if (multiThrowable == null) {
multiThrowable = new MultiThrowable();
}
multiThrowable.add(e);
}
}
if (multiThrowable != null) {
throw new LifecycleException(sm.getString("containerBase.threadedStartFailed"),
multiThrowable.getThrowable());
}
// 如果有的话，启动管道中的阀门(包括基础阀门)
if (pipeline instanceof Lifecycle) {
((Lifecycle) pipeline).start();
}
setState(LifecycleState.STARTING);
// 开始我们的线程
threadStart();
}
startStopExecutor上面看到过：
交给startStopExecutor来执行的方法就是这个call方法：
既然如此，我们来打断点看看这个child是个何方神圣。
很容易，我们看见了，这是一个Host。
接着往下debug，可见Host的LifeCycle是第一次调用：
所以调用了一次init。接下来又交给了ContainerBase#initInternal方法来执行Host的初始化，其实初始化只是初始化一个线程池，留着给子容器来初始化启动用的。
接着org.apache.catalina.util.LifecycleBase#start方法内，Host初始化完后
org.apache.catalina.core.StandardHost#startInternal
执行StandardHost的启动。
注意哦，StandardHost是没有子容器的这个时候，不知道是不是我没有配置项目进去的缘故。
再来看调用栈，原来接下来会调用Host的监听器的内容，执行HostConifg的初始化。
org.apache.catalina.core.StandardHost#addChild
org.apache.catalina.core.ContainerBase#addChild
org.apache.catalina.core.ContainerBase#addChildInternal
org.apache.catalina.core.StandardContext#startInternal
org.apache.catalina.core.StandardContext#loadOnStartup
org.apache.catalina.core.StandardWrapper#load
org.apache.catalina.core.StandardWrapper#initServlet
执行servlet的初始化方法。
这里调用Servlet的init方法，这里给SpringMVC启动埋下一个伏笔。
再回到这里：
调用各种生命周期函数。
org.apache.catalina.connector.Connector#startInternal
那么到这里就start结束了。
需要注意的是，进入容器那一部分，ContainerBase是很重要的一个点。结合Pipeline，就知道这部分为什么要这么设计了。
那么应该是这样的。
5.3 Digester
org.apache.commons.digester.Digester 类是 Digester 库的主类。该类可用于解析 xml 文件，对与 xml 文档中的每个元素，Digester 对象都会检查是否要做事先预定义的事件。在进行 xml 解析之前，开发人员需要设计
匹配模式。
若想要 digester 根据找到的模式创建相应的对象，则可以调用 addObjectCreate 方法。该方法有四个重载版本，比较有用的是下面两个：
public void addObjectCreate(java.lang.String pattern, java.lang.Class clazz)
public void addObjectCreate(java.lang.String pattern, java.lang.String className)
之前是不是很疑惑，Server就没有看到设置过，Server是怎么到容器中去的？
org.apache.catalina.startup.Catalina#load()
org.apache.catalina.startup.Catalina#createStartDigester
通过解析XML文件自然就可以通过反射设置了。
7. 结合SpringMVC启动
由上面我们得知，Context初始化后其子容器即Wrapper假如存在也会被调用其生命周期函数。
org.apache.catalina.core.StandardContext#startInternal
org.apache.catalina.core.StandardContext#loadOnStartup
org.apache.catalina.core.StandardWrapper#load
org.apache.catalina.core.StandardWrapper#loadServlet
org.apache.catalina.core.StandardWrapper#initServlet
该方法下调用所有已存Servlet的init方法。接下来就是交给DisPatchServlet的事情了。